2024高中物理第三章磁場(chǎng)課時(shí)25運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力訓(xùn)練含解析新人教版選修3-1

PAGEPAGE7運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力eq\o(\s\up7(限時(shí)：45分鐘總分：100分),\s\do5())一、單項(xiàng)選擇題(每小題7分，共42分)1．如圖所示，在兩水平極板間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向下，磁場(chǎng)方向垂直于紙面對(duì)里．一帶電粒子以某一速度沿水平直線通過(guò)兩極板．若不計(jì)重力，下列四個(gè)物理量中哪一個(gè)變更時(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)變更(B)A．粒子速度的大小 B．粒子所帶的電荷量C．電場(chǎng)強(qiáng)度 D．磁感應(yīng)強(qiáng)度解析：粒子以某一速度沿水平直線通過(guò)兩極板時(shí)受力平衡，有Eq＝Bqv，則知當(dāng)粒子所帶的電荷量變更時(shí)，粒子所受的合力仍為0，運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)變更，故B項(xiàng)正確．2．如圖所示的正交電場(chǎng)和磁場(chǎng)中，有一粒子沿垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向飛入其中，并沿直線運(yùn)動(dòng)(不考慮重力作用)，則此粒子(C)A．肯定帶正電B．肯定帶負(fù)電C．可能帶正電或負(fù)電，也可能不帶電D．肯定不帶電解析：題中帶電粒子在電場(chǎng)中受電場(chǎng)力，在磁場(chǎng)中受洛倫茲力，而帶電粒子做直線運(yùn)動(dòng)，依據(jù)電場(chǎng)力方向及洛倫茲力方向判定，可知兩力必反向且與運(yùn)動(dòng)速度垂直，故無(wú)法推斷是何種帶電粒子，即帶正電、負(fù)電和不帶電粒子都滿意題設(shè)條件，故正確選項(xiàng)為C.3．如圖所示，一帶負(fù)電的滑塊從絕緣粗糙斜面的頂端滑至底端時(shí)的速率為v，若加一個(gè)垂直紙面對(duì)外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，并保證滑塊能滑至底端，則它滑至底端時(shí)的速率為(B)A．變大 B．變小C．不變 D．條件不足，無(wú)法推斷解析：加上磁場(chǎng)后，滑塊受一垂直斜面對(duì)下的洛倫茲力，使滑塊所受摩擦力變大，做負(fù)功值變大，而洛倫茲力不做功，重力做功恒定，由能量守恒可知，速率變?。?.如圖所示為電視機(jī)顯像管偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖，當(dāng)線圈通以圖示的直流電時(shí)，形成的磁場(chǎng)如圖所示，一束沿著管頸軸線射向紙內(nèi)的電子將(D)A．向上偏轉(zhuǎn) B．向下偏轉(zhuǎn)C．向左偏轉(zhuǎn) D．向右偏轉(zhuǎn)解析：由安培定則可知，線圈在紙面內(nèi)中心點(diǎn)的磁場(chǎng)方向向下，由左手定則知電子所受洛倫茲力方向向右，故向右偏轉(zhuǎn)，D正確．5．如圖所示，在垂直紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界上，有兩個(gè)質(zhì)量和電荷量均相同的正負(fù)離子(不計(jì)重力)，從點(diǎn)O以相同的速領(lǐng)先后射入磁場(chǎng)中，入射方向與邊界成θ角，則正負(fù)離子在磁場(chǎng)中，下列敘述錯(cuò)誤的是(A)A．運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同B．運(yùn)動(dòng)軌道的半徑相同C．重新回到邊界時(shí)速度的大小和方向相同D．重新回到邊界的位置與O點(diǎn)距離相等解析：如圖所示，正離子的軌跡為磁場(chǎng)邊界上方的eq\o\ac(OB,\s\up17(︵))，負(fù)離子的軌跡為磁場(chǎng)邊界上方的eq\o\ac(OA,\s\up17(︵))，軌道半徑OO1＝OO2＝eq\f(mv,qB)，二者相同，B正確；運(yùn)動(dòng)時(shí)間和軌道對(duì)應(yīng)的圓心角(回旋角α)成正比，所以正離子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間較長(zhǎng)，A錯(cuò)誤；由幾何學(xué)問(wèn)可知△OO1B≌△OO2A，所以O(shè)A＝OB，D正確；由于O1B∥O2A，且vA⊥O2A，vB⊥O1B，所以vA∥vB，C正確．6.為了測(cè)量某化肥廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計(jì)，該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開(kāi)口，在垂直于上下表面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)面固定有金屬板作為電極，污水充溢管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U.若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積)，下列說(shuō)法正確的是(B)A．若污水中正離子較多，則前內(nèi)側(cè)面比后內(nèi)側(cè)面電勢(shì)高B．前內(nèi)側(cè)面的電勢(shì)肯定低于后內(nèi)側(cè)面的電勢(shì)，與哪種離子多無(wú)關(guān)C．污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大D．污水流量Q與電壓U成正比，與a、b有關(guān)解析：由左手定則可推斷：若流淌的是正離子，則正離子向里偏，前內(nèi)側(cè)面電勢(shì)低于后內(nèi)側(cè)面電勢(shì)；若流淌的是負(fù)離子，則負(fù)離子向外偏，仍舊是前內(nèi)側(cè)面電勢(shì)低于后內(nèi)側(cè)面的電勢(shì)，故A錯(cuò)B對(duì)．污水穩(wěn)定流淌時(shí)，對(duì)任一離子有：qvB＝qE＝eq\f(qU,b)，所以U＝Bbv，電勢(shì)差與濃度無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)．流量Q＝Sv＝bc·eq\f(U,Bb)＝eq\f(cU,B)，可以看出流量與a、b均無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)．正確答案為B.二、多項(xiàng)選擇題(每小題8分，共24分)7．如圖所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向豎直向下，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里，三個(gè)油滴a、b、c帶有等量同種電荷，其中a靜止，b向右做勻速運(yùn)動(dòng)，c向左做勻速運(yùn)動(dòng)，比較它們的重力Ga、Gb、Gc間的關(guān)系，正確的是(CD)A．Ga最大 B．Gb最大C．Gc最大 D．Gb最小解析：依據(jù)題意與圖可知，a不受洛倫茲力，只在重力與電場(chǎng)力的作用下靜止．依據(jù)F合＝0，可知，a帶負(fù)電．明顯，b、c也帶負(fù)電，所以b所受洛倫茲力方向豎直向下，c所受洛倫茲力方向豎直向上．設(shè)三個(gè)油滴的電荷量為q，電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為E，磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，運(yùn)動(dòng)電荷的運(yùn)動(dòng)速度為v.據(jù)F合＝0得對(duì)a有：Ga－Eq＝0，Ga＝Eq；對(duì)b有：Gb＋Bqv－Eq＝0，Gb＝Eq－Bqv；對(duì)c有：Gc－Bqv－Eq＝0，Gc＝Eq＋Bqv.所以有Gc＞Ga＞Gb.8．質(zhì)量為m、帶電量為q的小球，從傾角為θ的光滑絕緣斜面上由靜止下滑，整個(gè)斜面置于方向水平向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，如圖所示．若帶電小球下滑后某時(shí)刻對(duì)斜面的作用力恰好為零，下面說(shuō)法中正確的是(AB)A．小球帶正電B．小球在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C．小球在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)做加速度增大、速度也增大的變加速直線運(yùn)動(dòng)D．小球在斜面上下滑過(guò)程中，當(dāng)小球?qū)π泵鎵毫榱銜r(shí)的速率為eq\f(mgsinθ,Bq)解析：小球在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)受力如圖所示：由左手定則可判定小球帶正電，選項(xiàng)A正確；小球運(yùn)動(dòng)時(shí)受的合力為mgsinθ，故小球做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤；當(dāng)小球?qū)π泵鎵毫榱銜r(shí)，mgcosθ＝Bqv，則v＝eq\f(mgcosθ,Bq)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．9．如圖所示，兩個(gè)半徑相同的半圓形軌道分別豎直放在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，軌道兩端在同一高度上，軌道是光滑的，兩個(gè)相同的帶正電小球同時(shí)從兩軌道左端最高點(diǎn)O由靜止釋放，M、N為軌道的最低點(diǎn)，以下說(shuō)法正確的是(ABD)A．兩小球到達(dá)軌道最低點(diǎn)的速度vM>vNB．兩小球到達(dá)軌道最低點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力FM>FNC．小球第一次到達(dá)M點(diǎn)的時(shí)間大于到達(dá)N點(diǎn)的時(shí)間D．在磁場(chǎng)中小球能到達(dá)軌道的另一端，在電場(chǎng)中不能解析：小球在磁場(chǎng)中到達(dá)軌道最低點(diǎn)時(shí)只有重力做功，vM＝eq\r(2gR).在電場(chǎng)中到達(dá)軌道最低點(diǎn)時(shí)，重力做正功，電場(chǎng)力做負(fù)功，依據(jù)動(dòng)能定理，有mgR－qER＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,N)，vN＝eq\r(2gR－2\f(qER,m))，所以vM>vN；因?yàn)閑q\x\to(OM)＝eq\x\to(ON)，所以該過(guò)程所用時(shí)間tM<tN，故A選項(xiàng)正確，C選項(xiàng)錯(cuò)誤．依據(jù)能量守恒定律，知D選項(xiàng)正確．在M點(diǎn)FM′＝mg＋qvMB＋meq\f(v\o\al(2,M),R)，在N點(diǎn)FN′＝mg＋meq\f(v\o\al(2,N),R)，不難看出，F(xiàn)M′>FN′，由牛頓第三定律，可知FM＝FM′，F(xiàn)N＝FN′，所以B選項(xiàng)正確．三、非選擇題(共34分)10．(16分)質(zhì)量為m、帶電荷量為q的微粒，以速度v與水平方向成45°角進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)同時(shí)存在的空間，如圖所示，微粒在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)的共同作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng)，求：(1)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，該帶電粒子帶何種電荷；(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。鸢福?1)eq\f(mg,q)正電(2)eq\f(\r(2)mg,qv)解析：(1)微粒做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所受合力必為零，微粒受重力mg、電場(chǎng)力qE、洛倫茲力qvB.由此可知，微粒帶正電，受力如圖所示，則qE＝mg有電場(chǎng)強(qiáng)度E＝eq\f(mg,q).(2)由于合力為零，則qvB＝eq\r(2)mg所以B＝eq\f(\r(2)mg,qv).11．(18分)如圖所示，空間某區(qū)域有一方向水平、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一帶正電微粒質(zhì)量為m＝2.0×10－8kg，帶電荷量為q＝1.0×10－8C，當(dāng)它以某一水平速度v0垂